Электромобили | Новости | Обзоры

FORMULAEV.NET 29 июня, 2024

Линь Суян Бывший менеджер по инвестициям в цепочку поставок электромобилей BAIC • April 30 at 17:48

Сердцевина многоисточникового теплового насоса - Теплообменники с вытравленными режимами, увеличивающая площадь теплообмена в 5 раз.

Инженеры электромобилей не нашли способа эффективного обмена тепла с антифризом при разных перепадах температур, поэтому котлы-утилизаторы долгое время игнорировались.

PCHE (Теплообменники с вытравленными условиями

Ситуация изменилась в 2018 году, когда оборудование 5G находилось на завершающей стадии разработки, а серверы на базовых станциях и в центрах обработки данных использовали высокопроизводительные процессорные чипы, генерирующие огромное количество тепла. Оснащение процессорных чипов эффективными системами водяного охлаждения стало главным приоритетом. Компании-производители печатных плат применяют процесс многослойного фототравления к тонким листам нержавеющей стали и вырезают каналы для воды на каждом слое стальных листов. Ширина каналов для воды составляет всего 0,9 мм. Один слой контура холодной воды и следующий слой контура горячей воды укладываются послойно, а затем свариваются по технологии диффузионной сварки. В результате в теплообменнике достигается сверхвысокая плотность теплоотдачи – 5000 кв.м на кубический метр площади теплообмена, тогда как плотность теплоотдачи у ленточно-трубчатого радиатора составляет всего 800-1000 кв.м/куб.м. Контур холодной воды оборудован ленточно-трубчатым радиатором и охлаждающим вентилятором для непрерывного отвода тепла из контура холодной воды. Контур горячей воды постоянно нагревается чипом и поддерживает разницу температур с контуром холодной воды. Пока разница температур превышает 1 градус Цельсия, теплообмен будет продолжаться. Две системы контура совместно управляются микросхемой управления, а давление потока воды и скорость контура регулируются в реальном времени в соответствии с потребностями рассеивания тепла чипа ЦП.

Этот эффективный теплообменник получил название PCHE (Теплообменники с вытравленными условиями) из-за прямого использования технологии фототравления, первоначально использовавшейся для производства многослойных печатных плат. Tesla была первой, кто представил эту технологию в индустрии электромобилей. В 2019 году Tesla заменила оригинальный конденсатор кондиционера на PCHE и официально выпустила модель Y в 2020 году.

Тепловой насос для Tesla Model Y. Мы видим два компонента, которые явно сварены между собой несколькими слоями металла. Это PCHE.

Хладагент обменивается теплом с антифризом через PCHE, а различные контуры антифриза также обмениваются теплом через PCHE. Наконец, тепло объединяется через антифриз для обмена теплом с воздухом в увеличенной трубке и ленточном радиаторе. Этот тепловой насос с несколькими источниками в конечном итоге сочетает в себе все три типа тепловых насосов: тепловой насос с источником воды, тепловой насос с источником воздуха и котел-утилизатор.

Распространение технологии тепловых насосов с несколькими источниками тепла

Первой компанией, внедрившей эту технологию в китайскую индустрию электромобилей, стала пекинская компания ARCFOX, которая использует PCHE для создания теплового насоса с несколькими источниками тепла для нескольких тепловых контуров автомобиля. ARCFOX пытались установить оборудование 5G в автомобили. Они также столкнулись с проблемой рассеивания тепла для различных силовых полупроводниковых чипов, генерирующих огромное количество тепла. Интегратор оборудования 5G Huawei принял заказ ARCFOX и разработал набор многорежимных клапанов тепловых насосов, интегрированных с PCHE. Затем компания Huawei поручила некоторым малым и средним производителям постоянно совершенствовать процесс проектирования и производства в течение двух лет и, наконец, разработала действительно эффективный и практичный продукт TMS 3.0.

Передняя кабина ARCFOX Alpha T5 после снятия пластиковой крышки. Зеленая стрелка указывает от PCHE № 1 к тонкопленочному нагревателю малой мощности. Белая стрелка указывает на бутылку с антифризом, используемую для охлаждения двигателя. Черная стрелка указывает на бутылку с антифризом, используемую для охлаждения аккумулятора. Красная стрелка указывает на бачок с антифризом для стояночного охлаждения. Синяя стрелка указывает на PCHE № 2. Желтая стрелка указывает на мощный пленочный нагреватель.

Модель ARCFOX Alpha T5, впервые выпущенная в ноябре 2023 года, стала первой в Китае моделью, оснащенной высокоэффективным тепловым насосом с несколькими источниками тепла. Отныне электромобили ARCFOX прощаются с внешним конденсатором автомобильного кондиционера, и всему автомобилю нужен только бак для воды трубчатого типа. На данный момент можно сказать, что ARCFOX Alpha T5 достигает или даже превосходит технический уровень Tesla Model Y практически во всех аспектах, кроме автопилота. Доминирование Tesla в сфере автопилота остается устойчивым.

ARCFOX Alpha T5

ARCFOX почти бесплатно лицензирует свою технологию другим автомобильным компаниям, поэтому эта технология быстро распространяется. Hongqi, Hyper и Xiaomi стали первыми бенефициарами, запустившими Hongqi EH7, Hyper HT и Xiaomi SU7. Вообще говоря, северные автомобильные компании относятся к этому с большим энтузиазмом. Суровые зимние условия делают их более чувствительными к новым технологиям управления температурным режимом. В декабре 2023 года среди 22 автомобилей для зимних дорожных испытаний, организованных Китайским центром автомобильных технологий и исследований, Hongqi EH7 760km 4WD преодолел 550 километров всего за 6 часов 44 минуты при температуре от -20°C до -30°C. Она превзошла все остальные машины и одержала общую победу, что было впечатляюще. Правила конкурса таковы, что он начинается с 80% заряда батареи, и когда на табло меньше 30%, и автомобиль останавливается заряжаться до 80%. Зарядка разрешена дважды в середине пути. Едут участники из Шэньяна в Харбин.

Различия между севером и югом в подходе к тепловым насосам с несколькими источниками тепла

Южный Китай имеет субтропический климат. Зима очень короткая, всего 1-2 месяца, а температура держится выше нуля. Поэтому некоторые южные автомобильные компании предпочитают некоторые краткосрочные и дешевые решения для низкотемпературной среды, такие как технология нагревательных батарей импульсного тока (EΠ, Shenlan, Geely, Cherry) и толстопленочные нагреватели (Zeekr). Технология импульсного нагрева аккумулятора использует импульсный ток для многократной зарядки и разрядки низкочастотным током частотой около 10 Гц, вызывая нагрев аккумулятора. Срок службы аккумулятора исчисляется в единицах циклов зарядки. Этот подход фактически жертвует временем автономной работы ради ее нагрева. Если Вы живете в регионе с продолжительной зимой, это решение не стоить затрат.

Нагрев аккумулятора осуществляется в виде импульсных токов с разной скоростью. Чем выше ток, тем быстрее нагревается аккумулятор, но тем больше расходуется срок службы аккумулятора, рассчитанный по циклам заряда и разряда.

Толстопленочный нагреватель представляет собой водонепроницаемую печатную плату, покрытую нагревательными резисторами. Он не имеет функции теплообмена, но может генерировать поток воды на выходе с постоянной температурой. Это эффективное нагревательное устройство. Однако из-за отсутствия улучшенного отвода тепла и теплообмена, когда в автомобиле используется мощный электродвигатель, энергопотребление автомобиля резко возрастает. Таким образом, энергопотребление нового Zeekr 001 2024 года почти на 50% выше, чем у старой модели.

Реальный дорожный запас хода у Zeekr 001 2024 года составляет всего 62% от номинального, и даже у полностью отсталого в технологиях BYD Han 2023 года он может достигать 66%. Xiaomi SU7 показал результаты, аналогичные Tesla, в тех же условиях испытаний.

Владельцы автомобилей в сообществе сообщили, что полноприводная версия Zeeker001 2024 года имеет 22-дюймовые колеса. При температуре 13°C производительность была очень плохой, не такой хорошей, как результаты тестов, и пробежал всего 380 километров.

Однако появились новые тонкопленочные нагреватели. Они представляют собой несколько слоев композитных пленок интегральных схем, которые могут контролировать температуру жидкости более точно и быстро, чем толстопленочные нагреватели. В 2022 году Helmholtz Thermal & Transmission System Co., Ltd, китайская компания, названная в честь основателя гидродинамики Гельмгольца, разработала тонкопленочный нагреватель, подходящий для высоковольтных платформ на 800 В, который может работать со всей системой теплового насоса через интегрированный EDU (электронный драйверный блок). Этот метод быстрого внешнего нагрева может помочь системам тепловых насосов с несколькими источниками тепла расширить «эффективный рабочий диапазон» до уровня -20°C.

Новые тонкопленочные нагреватели

Alpha T5 от ARCFOX впервые будет оснащено этим новым тепловым насосом, который может достигать скорости нагрева 7 ℃/мин при температуре -30 ℃.

И самое печальное — BYD: в их кондиционерах с тепловым насосом никаких улучшений нет. Они используют хладагент для нагрева и отвода тепла от аккумулятора. Они продолжают увеличивать мощность компрессоров кондиционеров, но по-прежнему используют конденсаторы кондиционеров. BYD совмещает бак для воды автомобиля и конденсатор кондиционера для достижения определенной степени теплообмена, но поскольку оба радиатора представляют собой трубчатые радиаторы, площадь теплообмена составляет всего 1/5 или 1/6 площади теплообменников с вытравленными условиями.

Исключением являются Aion и Hyper, принадлежащие GAC Group со штаб-квартирой в Гуанчжоу. После банкротства GAC Fiat Chrysler многие сотрудники и активы перешли в руки Aion и Hyper. На заре Aion и Hyper европейские дизайнеры помогли компании сформулировать хорошую техническую основу, а управление температурным режимом и аккумуляторами заняли решающее место. Aion и Hyper в настоящее время являются единственными автомобильными компаниями, помимо BYD, которые производят собственные аккумуляторные элементы. Они напрямую закупают карбонат лития, гидроксид лития и другие материалы для производства аккумуляторов, отвечающих самым высоким требованиям.

Hyper HT — заднеприводный, но зимой он ведет себя хорошо. Вы можете принять?

В ноябре 2023 года компания Hyper одновременно с ARCFOX выпустила кросс-модель Hyper HT, оснащенную тепловым насосом с несколькими источниками тепла. В декабре 2023 года среди 22 моделей зимних дорожных испытаний, организованных Китайским центром автомобильных технологий и исследований, заднеприводная версия Hyper HT проехала при температуре от -20°C до -30°C всего за 7 часов 43 минуты 17 секунд. Он прошел 550-километровый тест по шоссе, превзошел все средние и большие внедорожники и выиграл групповой чемпионат, опередив BYD Tang EV на 1 час и Song Plus EV на 1 час 50 минут, что впечатляет.

Всем EV🙌
Команда FORMULAEV.NET